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嵌入式WEB傳感器的網(wǎng)絡(luò)化接口設(shè)計(jì)

時(shí)間:2023-05-01 08:33:46 計(jì)算機(jī)論文 我要投稿
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嵌入式WEB傳感器的網(wǎng)絡(luò)化接口設(shè)計(jì)

摘要:介紹了嵌入式WEB傳感器的體系結(jié)構(gòu),提出了網(wǎng)絡(luò)化接口中TCP/IP協(xié)議棧的幾種實(shí)現(xiàn)方式,著重探討了基于TCP/IP協(xié)議棧芯片W3100A的網(wǎng)絡(luò)化接口的實(shí)現(xiàn),最后分析了嵌入式WEB傳感器的WEB功能的實(shí)現(xiàn)。

    關(guān)鍵詞:嵌入式WEB傳感器 網(wǎng)絡(luò)化接口

嵌入式WEB傳感器是在智能傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的具有Internet功能的新型傳感器。其實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)傳感器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議接口,將傳感器作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)直接與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。它的組成主要有:敏感單元、智能處理單元和TCP/IP通信協(xié)議接口。

圖1為嵌入式WEB傳感器的體系結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的傳感器在嵌入式WEB傳感器中只占一部分。核心部分是完成信號(hào)處理、數(shù)據(jù)交換和控制的嵌入式智能單元以及完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)模裕茫校桑芯W(wǎng)絡(luò)接口。整個(gè)傳感器的工作機(jī)理是:傳感器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào),通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),經(jīng)過微處理器的數(shù)據(jù)處理 (濾波、校準(zhǔn))后將結(jié)果傳送給網(wǎng)絡(luò);與網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換由基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接口模塊完成。嵌入式WEB傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)傳感器的物理特征,如偏移、靈敏度、校準(zhǔn)參數(shù)等;微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和補(bǔ)償以及輸出校準(zhǔn);TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)傳感器的直接網(wǎng)絡(luò)連接。與傳統(tǒng)的傳感器相比,基于Internet的嵌入式WEB傳感器更加可靠、便宜,擴(kuò)展性更好且可以在內(nèi)部直接對(duì)原始數(shù)據(jù)加工、處理,并通過Internet與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因而它具有微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。傳感器的網(wǎng)絡(luò)化接口實(shí)現(xiàn)了對(duì)Internet或以太網(wǎng)的互連以進(jìn)行信息的發(fā)布和資源共享。其實(shí)現(xiàn)方式是嵌入式WEB傳感器研究的重點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)化接口實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于TCP/IP通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。TCP/IP通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法主要有:采用協(xié)議棧移植,針對(duì)嵌入式系統(tǒng),將TCP/IP協(xié)議棧移植到系統(tǒng)中,然后調(diào)用相關(guān)的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信;不采用移植方式,參照標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議精簡(jiǎn)相應(yīng)的協(xié)議層,編寫相關(guān)的API函數(shù)完成簡(jiǎn)易的TCP/IP通信;采用協(xié)議芯片,如W3100A芯片,該方法直接采用硬件方式實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議,直接對(duì)芯片的寄存器進(jìn)行設(shè)置,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳送。本文著重探討采用W3100A芯片實(shí)現(xiàn)嵌入式WEB傳感器的網(wǎng)絡(luò)化接口的問題。

1 網(wǎng)絡(luò)化接口的實(shí)現(xiàn)

1.1 W3100A芯片及處理器對(duì)其訪問的實(shí)現(xiàn)

W3100A是一TCP/IP協(xié)議棧芯片,包含的各協(xié)議層有:TCP、IP、UDP、ICMP和以太網(wǎng)協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路DLC,以及MAC協(xié)議。其工作方式類似于Windows的Socket API。芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

該芯片可選擇地支持Intel/Motorola MCU接口,另外還提供一個(gè)I2C接口給上層應(yīng)用層,一個(gè)MII接口給底層物理層。芯片支持全雙工模式,內(nèi)部帶有雙口的SRAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。其封裝是64腳的LQFP。

芯片提供寄存器供MCU訪問,具體的寄存器分類如下:控制寄存器(命令、狀態(tài)及中斷);系統(tǒng)寄存器(網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼、IP地址等);用于數(shù)據(jù)收、發(fā)的指針寄存器;通道操作的通道寄存器。

比較重要的幾個(gè)寄存器如表1所示。

表1 寄存器功能和地址

[1] [2] [3] [4] 

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